礦井排水系統(tǒng)的工作原理及技術(shù)優(yōu)化
——評《礦井排水技術(shù)與裝備》

李明哲，羅非常

劉志民，潘越，張步勤 等編著

冶金工業(yè)出版社出版

煤炭是我國工業(yè)生產(chǎn)中所需的重要能源，在開采過程中，礦井排水設(shè)計十分重要，是事關(guān)工程安全的重要因素。對礦井排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計與改造，使得礦井排水能力得以提升，已成為很多礦業(yè)企業(yè)進行煤礦開采時必須考慮的問題。冶金工業(yè)出版社出版的《礦井排水技術(shù)與裝備》一書對我國礦井排水技術(shù)進行分析，并詳細介紹排水泵的工作原理與選型設(shè)計，對排水設(shè)備的運行與維修等進行研究，為煤礦工程排水系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供了理論依據(jù)。

該書共八章:第一章為礦井排水系統(tǒng)，主要對礦井排水的意義與基本知識進行介紹，并闡述國內(nèi)外礦井排水技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢;第二章介紹水泵房及其設(shè)備，包括水泵房硐室、水倉、管道以及閘門、引水裝置等;第三章對離心式水泵工作原理、結(jié)構(gòu)形式以及零部件組成等進行詳細說明;第四章介紹離心式水泵理論，詳細介紹基本方程的推導、比轉(zhuǎn)速公式以及特性曲線和相似理論;第五章對離心式水泵的啟停與運行以及工況調(diào)節(jié)和性能測試等進行系統(tǒng)概括，并對排水系統(tǒng)的經(jīng)濟運行進行評價;第六章介紹水泵的選型設(shè)計，主要根據(jù)任務(wù)與排水能力需求做出選擇;第七章介紹排水系統(tǒng)的電氣設(shè)備，主要包括異步電動機以及附屬電控設(shè)備;第八章介紹排水設(shè)備的維護與故障處理。

礦井排水系統(tǒng)是處理煤礦透水問題的重要裝備。在礦井施工過程中，如果地面排水設(shè)備不完善以及礦井中存在通道，地表降水以及地下涌水會進入礦井，對井內(nèi)設(shè)備以及工作人員的安全造成影響，因而需要及時排水。礦井排水系統(tǒng)的主要工作原理是利用水泵將井水吸入水倉，并在水倉中進行沉淀、清理，再由管道、井筒水管等排至地面。現(xiàn)今礦井排水方式主要分為臥式排水和潛水泵排水，其中:臥式排水為干式排水，通常將泵體安裝在井下泵房，可實現(xiàn)大流量排水，是大多數(shù)礦井常用的排水方式;而潛水泵排水則是將泵體安裝在水中，主要用于礦井被淹后的搶救恢復。在臥式排水方式中，離心式排水泵是最為常見的排水設(shè)備，其工作原理如下:首先將水灌入泵腔和吸水管，再啟動電機，通過軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)，使得葉輪內(nèi)的水被甩向泵殼，再通過管道排出。

礦井排水系統(tǒng)設(shè)計主要依據(jù)井內(nèi)涌水量進行設(shè)備選擇，包括水泵選型、水泵臺數(shù)以及管徑等都需經(jīng)過專業(yè)測算，方可得出合理方案。近年來，隨著煤礦開采力度逐漸加大，很多礦區(qū)的地層結(jié)構(gòu)遭受嚴重破壞，礦井涌水情況較以前更為嚴重，很多礦井工程對其排水系統(tǒng)進行優(yōu)化改造，以提升礦井排水能力，保障開采工程的質(zhì)量與安全。

第一，優(yōu)化排水系統(tǒng)泵體設(shè)計。泵體優(yōu)化主要從泵本身的性能優(yōu)化以及泵體數(shù)量增加和泵房優(yōu)化等方面進行。目前礦井工程大多使用節(jié)段式多級泵，但這種泵型容易發(fā)生磨損、汽蝕現(xiàn)象，導致系統(tǒng)的排水能力大大降低，因此可使用性能更為優(yōu)越的泵型，如對稱型蝸殼式多級泵，其抗汽蝕性能更好，葉輪轉(zhuǎn)速更低，設(shè)備使用壽命更長，排水能力也更高;在泵體數(shù)量選擇上，工程技術(shù)人員可根據(jù)一段時間內(nèi)礦井涌水量的變化情況作出調(diào)整，增加泵的數(shù)量來應(yīng)對更加頻繁的井下涌水，在選擇泵型時也應(yīng)選擇具有富余揚程與流量的泵型，便于解決突然增加的涌水排出問題;此外，泵房也應(yīng)進行合理的優(yōu)化改造，工作人員可根據(jù)科學計算對原泵房進行擴建，并做好泵房結(jié)構(gòu)設(shè)計與管道鋪設(shè)，泵的運行方式也應(yīng)進行合理調(diào)整。

第二，優(yōu)化系統(tǒng)管道設(shè)計，提高排水效率。管道網(wǎng)絡(luò)在礦井工程設(shè)計排水系統(tǒng)時就已做好統(tǒng)一規(guī)劃，相比水泵、葉輪等裝置，管道的使用壽命較長且更換頻率較低，但受井水水質(zhì)影響，長期使用的管道內(nèi)壁會有嚴重的結(jié)垢、腐蝕現(xiàn)象，導致管道排水效率降低，因此對管道系統(tǒng)進行優(yōu)化改造十分必要。礦井工作人員主要通過兩種方法進行管道系統(tǒng)的優(yōu)化與改造，一方面對管道與井筒部分進行除垢操作，使管道阻力減小、排水效率提升;另一方面，對損壞管道進行更換，避免因管道原因而導致排水效率降低。此外，礦井工作人員還會依據(jù)水泵揚程與流量以及流速的科學計算優(yōu)化管道網(wǎng)絡(luò)，使其管道鋪設(shè)能夠滿足涌水的排出要求。

除此之外，對排水系統(tǒng)電驅(qū)裝置以及控制裝置進行優(yōu)化改造也有著重要意義，礦井工作人員利用供電系統(tǒng)與地面控制系統(tǒng)，對排水裝置的用電量與啟停運行進行控制，有利于提高礦井排水系統(tǒng)效率，保障礦井工程的質(zhì)量安全?？傊?，通過對礦井排水系統(tǒng)各環(huán)節(jié)進行優(yōu)化改造，可有效提升其排水效率，促進整個煤礦工程節(jié)能減耗，并使煤礦開采的安全生產(chǎn)得以保障。